新疆焉耆盆地土壤盐分空间变异特征分析研究

以新疆焉耆盆地土壤盐分为研究对象,探讨流域尺度下土壤盐分空间变异特征。在焉耆盆地大规模的土壤取样、试验分析盐分数据的基础上,采用地统计学的方法对研究区的土壤盐分进行了空间特征变异分析,并采用普通克里格插值法制作出焉耆盆地的土壤盐分空间数字地图,结果表明:研究区各层土壤盐分变异系数均大于100%,具有强空间变异性;对土壤盐分进行半方差函数计算分析,发现拟合的理论模型均为球状模型,各层土壤盐分表现出强烈的空间相关性;土壤盐渍化程度在水平方向的分布与地形地势的关系密切,在垂直方向则表现出强烈的表聚特性。制作的土壤盐分空间数字地图可以为焉耆盆地的盐碱土改良与农业生产提供可靠的数字土壤信息。     

长江河口地区典型地段土壤盐分特征研究

运用电磁感应仪EM38,结合GIS技术和地统计方法对长江河口地区典型地段土壤含盐量的空间变异性进行研究。结果表明,3个研究区土壤盐分含量的变幅有较大差异,其中以寅阳镇为最大,其次为大兴镇,北新镇土壤盐分变化幅度最小;各研究区土壤盐分含量均符合正态分布且均属于中等变异强度;各研究区的土壤盐分含量均表现为强的空间相关性,寅阳镇和北新镇土壤盐分含量半方差函数均符合球状模型,大兴镇土壤盐分含量半方差函数为指数模型。Kriging插值结果表明,各研究区土壤盐分的空间分布均呈现出条带状和斑块状格局;从空间尺度上来看,研究区土壤盐分南部高于北部;3个研究区土壤盐分含量具有明显的差别,寅阳镇土壤盐分含量明显高于其他2个镇,北新镇土壤盐分含量最低。     

不同水质膜下滴灌棉田盐分空间变异特征

为评价不同水质膜下滴灌棉田土壤盐分空间分布及变异性,采用EM38-MK2型电磁感应仪对微咸及淡水滴灌田块进行盐分调查。解译模型获得的土壤含盐质量比描述性统计特征表明,微咸水滴灌的积盐程度高于淡水滴灌,但其变异系数相对较小。采用GS+软件拟合最优半方差函数模型,微咸水处理为指数模型,淡水处理为高斯模型,均表现为强的空间相关性;微咸水处理变程大于淡水处理,增加了土壤盐分的空间相依性。Kriging空间插值及变异分析表明,淡水滴灌棉田土壤盐分微域及全域空间变异程度强于微咸水滴灌,二者均存在影响棉花出苗的盐斑。建议用水紧张时,可基于EM38-MK2型电磁感应仪的盐分调查结果,重点淋洗盐斑集中分布区域,以节水增产。     

灌区种植结构反演优化与土壤盐分空间分布协同解析

种植结构与土壤盐分的协同程度与发展关系关乎灌区水土生态质量与农业可持续发展,联动灌区种植结构提取与土壤盐分空间分析对于灌区生态环境评价与治理、保障耕地和粮食安全等具有重要意义。本文以内蒙古河套灌区永济灌域为研究区,利用2021—2022年生育期Landsat 8 OLI遥感数据与地面种植结构调查数据,分别构建决策树、支持向量机、随机森林分类模型,通过对比分析遴选出灌域适用的最优模型,准确获取灌域种植结构分布结果,同时进一步结合灌域土壤盐分实测数据及其空间异质特征,对种植结构与土壤盐分的协同关系进行深入探讨与分析。结果表明,3种模型的分类精度由大到小为随机森林、决策树、支持向量机,2021、2022年随机森林分类模型的总体精度、Kappa系数分别为92.81%、0.91,91.64%、0.89,为3种模型中精度最高,故选定随机森林模型作为最优模型;灌域内土壤盐分呈现“北部重,中、南部轻”的空间分布特征,2021、2022年土壤盐分的半方差函数适用于Gaussian模型,土壤盐分空间自相关在“中—强”等级变化;受土壤盐分制约,葵花以北部地带种植为主,玉米、小麦、小麦套种玉米(套种)和瓜菜等...     

不同深度土壤中氮素的空间变异研究

对供试区分析土壤中的氨态氮和硝态氮含量,用区域化变量理论和半方差函数分析,研究结果表明不同深度土壤中氨态氮和硝态氮含量具有空间变异性,均属于中等程度变异.通过对其半方差函授进行拟合,其变异程度主要由土壤本身的空间结构引起,不同深度土壤中氨态氮和硝态氮含量的空间相关尺度不同.     

土壤盐分空间异质性的指示克里格阈值研究

阈值的合理选择是应用指示克里格法(Indicator Kriging,简写IK)进行风险评价的关键。以禹城市0～20 cm耕层土壤盐分空间变异性为例,利用GIS和GS+探讨了不同土壤盐分阈值下,盐分的空间结构、预测精度(均方根误差,RMSE)和预测风险的变化规律。结果表明,①随着阈值的增加,盐分的空间异质性受随机因素的...     

基于回归克里格法的土壤盐分采样点布局优化

为提高土壤盐分分布图绘制精度或降低野外采样和室内分析成本,优化土壤采样点布局,本文以回归克里格法估计方差（RKV）最小和普通克里格估计方差（OKV）最小为目标函数,运用空间模拟退火（SSA）算法对土壤盐分采样点布局进行优化,其中回归克里格法（RK）中的协变量选择与土壤盐分分布关系密切且容易获取的环境变量;通过最邻近距离分布函数（G函数）、间隔距离分布函数（F函数）和K-S检验对优化结果进行评价。结果表明：荒地分布在大尺度上（400m×400m）与盐分相关性强,而在小尺度上（50m×50m）与盐分相关性弱;以荒地分布（与荒地最短距离）作为协变量,利用RK法优化采样点布局（采样数为55）后得到的研究区平均RKV为0.0807,相较平均OKV（0.1143）缩小了29.39%;优化后采样点布局的G函数曲线和F函数曲线全部落在95%置信区间内,即F函数和G函数均与其理论值无显著差异,采样点布局良好覆盖了地理空间;K-S检验表明,优化后采样点上与荒地最短距离的分布与其总体分布服从同一概率分布,即采样点布局良好覆盖了属性空间。本研究可为河套灌区土壤盐渍化监测点布局提供参考。     

土壤中硝态氮的空间变异研究

对10 m×10 m面积内的100个土壤样点取样分析其硝态氮含量,用地质统计学中的区域化变量理论和半方差函数分析,研究结果表明2种含水率土壤中硝态氮含量在一定范围内均具有空间变异性,属于中等程度变异;硝态氮含量的半方差随着取样间距的增加而增加,最后趋于稳定,存在着空间变异结构,对其进行拟合,确定其变异程度及空间相关尺度。     

基于电磁感应的典型干旱区土壤盐分空间异质性

为研究干旱区土壤盐分空间异质性，指导农业生产实践，运用大地电导率仪（EM38、EM31）对研究区域进行移动式磁感调查，获取表观电导率（ECa）。同时，通过27个校准点的采样和ECa测量，建立土壤盐分的电磁感应解译模型。干旱区土壤盐分质量分数与EM38、EM31水平模式读数（H38、H31）显示出良好的相关性（R=0.935），可以利用ECa结合GIS和地统计学知识研究土壤盐分的空间分布。采用两种方法进行研究：一种是先利用解译模型获取磁感调查点的土壤盐分质量分数，然后进行地统计分析研究其空间分布；另一种是先利用地统计分析研究H38和H31的空间分布，然后利用解译模型通过栅格运算计算盐分质量分数，精度检验显示前者预测值与实测值之间的相关性更好（R2， 0.888＞0.873）；标准差较低（std. 0.414＜0.426），具有更高的预测精度。研究结果表明，基于电磁感应研究干旱区土壤盐分空间异质性是切实可行的，这对于土壤盐渍化的快速诊断，指导农业生产和促进精准农业的发展具有重要的意义。     

石河子垦区连作膜下滴灌棉田盐渍化土壤盐分空间变异性研究

为探索长期连作膜下滴灌棉田积盐区盐分空间变异规律和空间分布特征。运用传统统计学与地统计学方法,结合Arc GIS10.2软件对主要积盐区的空间变异性进行分析。结果表明:随土层深度的增加,50×50 m网格及基线加密的50×50 m网格两种取样方式下土壤含盐率均增加,含盐率的变异性均增强;采用高斯模型对研究区土壤含盐率进行半方差函数模型拟合较好,各土层基台值均为正值,存在由采样误差、最小距离内的变异或随机和固有变异引起的正基底效应。该积盐区水平方向上,各土层含盐率整体由南向北递减,盐分主要积累在80～100 cm及100～120 cm土层内;垂直方向上,随土层深度的增加,土壤含盐率呈递增趋势。     

南疆干旱地区土壤盐分空间变异特征研究——以库尔勒三十一团为例

【目的】探明南疆干旱区土壤盐分空间分布特征和变异特征以及产生土壤盐分空间变异特征的原因。【方法】以库尔勒地区三十一团为例,采集该地区代表性的土壤样品,测试、分析了土壤样品不同土层的含盐量指标。【结果】①5个土层土壤含盐量均小于3 g/kg,均属于非盐化土;②5个土层土壤盐分的变异系数均属于中等变异性,其中0～20、40～60和80～100 cm接近于强变异性;③0～20 cm土层土壤盐分的半变异函数符合球状模型,20～40 cm土层土壤盐分的半变异函数符合指数模型,40～60、60～80和80～100 cm土层土壤盐分的半变异函数符合高斯模型;④研究区域土壤含盐量主要集中在1～3 g/kg之间,并且含盐量在2～3 g/kg土壤面积最大。【结论】研究区域土壤含盐量空间分布差异较大,各层土壤存在不同程度的盐渍化现象;土层的高盐分区主要集中分布在南北方向靠近沙漠、远离水库和地势较为低洼区域;垂直方向上,各层土壤含盐量差异不大。     

基于特征优选与机器学习的农田土壤含盐量估算研究

土壤盐渍化是影响农业可持续发展的重要制约因素,为准确及时地获取土壤中盐分含量,实现盐渍化精准监测,以内蒙古自治区巴彦淖尔市五原县境内的覆被农田为研究对象,探讨无人机多光谱遥感平台结合机器学习模型估测不同深度土壤含盐量的可行性。首先,利用无人机搭载五波段多光谱相机获取研究区域高时空分辨率遥感图像数据,并同步采集地面不同深度处土壤盐分数据,使用皮尔逊相关系数法(PCC)、极端梯度提升(XGBoost)和灰色关联分析法(GRA)对构建的光谱指数进行优选;然后,采用决策树(DT)、反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)和随机森林(RF)4种机器学习方法建立植被覆盖下不同深度的农田土壤含盐量反演模型。结果表明,使用方案3(XGBoost-GRA)变量优选方法可以有效地筛选出敏感光谱指数,且基于此方法优选后的光谱指数建立含盐量估算模型的精度高于仅使用PCC或XGBoost法构建的反演模型。对比不同建模方法在不同土壤深度处的反演精度,可知随机森林RF模型整体表现最优,同时另外3种反演模型也取得了较好的预测效果,0～20 cm土壤深度处的预测效果是3个土壤深度中最优的,其中精度最高模型的决...     

基于电磁感应技术的区域三维土壤盐分空间变异研究

以孔雀河流域典型地带为研究区域,利用电磁感应式大地电导率快速测定技术探测获得表观土壤电导率数据,构建了基于电磁感应技术的区域尺度剖面分层土壤盐分精确解译模型,精准解译出研究区剖面土壤盐分含量信息,并以此为数据源采用三维普通克里格法解析并评估了研究区土壤盐分三维空间分布特征。研究表明,不同测量位数据的综合应用能够表征剖面土壤盐分信息,构建出的剖面分层土壤盐分解译模型具有较好的精度;研究区不同区位土壤盐分三维分布呈现明显差异;研究区土壤主体属中度以上盐渍化,局部地带属于重度以上盐渍化土壤,需采取有效治理措施对土壤盐渍化进行可靠防控。     

基于Sentinel-1/2改进极化指数和纹理特征的土壤含盐量反演模型

目前Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的研究大多是基于Sentinel-2光谱信息和Sentinel-1后向散射系数,没有考虑Sentinel-2光谱信息容易受土壤亮度等信息影响,Sentinel-1后向散射系数容易受土壤粗糙度和水分影响。为进一步提高Sentinel-1/2协同反演植被土壤含盐量的精度,用水云模型对雷达卫星后向散射系数进行校正,消除植被影响;然后协同Sentinel-2纹理特征,基于VIP、OOB、PCA 3种变量筛选和RF、ELM、Cubist 3种机器学习回归模型构建植被土壤含盐量反演模型。研究结果表明：经过水云模型去除植被影响后的雷达后向散射系数及其极化组合指数与土壤含盐量的相关性有一定程度的提高。不同变量选择方法与不同机器学习方法耦合模型在反演土壤含盐量中,OOB变量筛选方法与RF、ELM和Cubist 3种机器学习方法的耦合模型精度最佳,建模集和验证集的R2都在0.750以上,且验证集的RMSE和MAE均最小;其中OOB-Cubist耦合模型精度最高,且R2v/R2c为0.955,具有良好的鲁棒性。研究可为机器学习协同物理模型、光学卫星协同雷达卫星在土壤含盐量反演中的进一步应用提供思路。     

基于距离反比法的土壤盐分三维空间插值研究

以新疆兵团一块面积约70 hm2的盐碱地为研究对象,采用EM38与土钻取样相结合的方法得到了126个点不同土层(0~200 cm)的1 386个土壤盐分数据,应用三维距离反比法(3D-IDW)对土壤盐分进行了空间插值,探讨了垂向坐标扩大倍数和搜索点数对插值结果精度的影响。结果表明,研究区0~140 cm土层盐分平均含量较高,为1.84~2.11 g/kg,盐分变异较大,而140~200 cm土层盐分平均含量较低,为1.74~1.79 g/kg。所有土层盐分含量的统计特征值(平均值、标准差和变异系数等)均随土层加深而呈现递减的趋势。土壤盐分实测值和估计值的均方根误差随垂向坐标扩大倍数的增大而减小,随搜索点数的增加而增大,其值在0.1~0.4 g/kg范围内变化,当垂向坐标扩大300倍、搜索点数为6个时,插值效果较优。采用确定的参数对研究区的土壤盐分进行了三维空间插值,结果表明土壤盐分空间分布特征与实测值比较吻合,大部分区域土壤盐分含量小于2.5 g/kg,靠近北部和南部边界区土壤含盐量较低,属于非盐化土区,而大于4 g/kg盐化土主要分布在中间和南部局部区域。研究区80%土壤为非盐化土和轻度盐化土,20%为中度和重度盐化土。影响该区盐化土分布的主要因素有灌溉、局部地形、粘土层位置、地下水埋深和矿化度。当不同方向的取样间距相差很大时,选取合适的垂向坐标扩大倍数和搜索点数对保障3D-IDW法的插值结果精度至关重要。     

矿区农田土壤重金属分布特征与污染风险研究

对渭北旱原矿区130个农田土壤样品的Cd、Cr、Cu、Pb、Zn含量进行了测定,结果显示,Cd、Cu、Pb平均含量均高于陕西省土壤背景值,而Cr和Zn含量低于背景值。利用地统计方法得到的土壤重金属含量分布图显示,土壤各重金属含量由西向东呈下降趋势,水泥厂周边土壤重金属含量最高。相关性分析和主成分分析结果表明,5种重金属之间呈极显著正相关,说明其存在较高的同源性或复合关系。第1主成分主要由Cd构成,且主要反映了人为活动的影响,而第2主成分中的Cr所占负荷最高,体现了成土母质的作用,Cu、Pb和Zn含量受人为活动和成土母质共同影响。分别利用污染负荷指数(PLI)法和潜在生态危害指数(PER)法对研究区域土壤污染风险进行了评价,评价结果为煤矿区呈无污染或轻微到中度污染,水泥厂区土壤呈中度污染水平,单一元素污染程度由高到低依次为Cd、Pb、Cu、Cr、Zn。     

土壤含盐量对TDR含水率测试结果的影响及校正方法

利用多种TDR仪器测试不同盐分质量浓度条件下的含水率,与烘干法测得的结果进行比较,探讨了土壤盐分对各种TDR仪器的测量精度的影响。针对TDR100仪器,采用多种探头,分析不同长度、不同间距的探针对测试结果的影响。结果表明,所选5种仪器测试结果均受盐分影响,随盐分质量浓度的增加,测得的含水率值增大或是无法得出合理数值。TDR100所用探头,其探针越长、间距越宽受盐分影响越大。在含盐率较低的土体中,各仪器测试结果与烘干法测量结果变化趋势基本一致,可采用线性函数进行标定,R2均在0.94以上。试验结果可为野外试验的选点、测试和含水率校正提供参考。